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Microalga como fuente de biomasa para la producción de biogás

MARIANA CANDIA LOMELI (2018)

"La biomasa microalgal es un sustrato idóneo para la producción de biocombustibles carbono neutrales, que representan una alternativa al uso de combustibles fósiles, entre ellos se encuentra el biogás. El biogás es una mezcla de 55-75% (CH4) y 45-25% (CO2) y se obtiene por medio de un proceso denominado digestión anaerobia. En el caso de la biomasa microalgal, es necesaria la aplicación de un pretratamiento a dicha biomasa para liberar los compuestos orgánicos susceptibles de convertirse en biocombustible, y así favorecer el proceso de digestión anaerobia. Cuando la digestión anaerobia se realiza en condiciones alcalinas el porcentaje de CH4 en el biogás será mayor que el obtenido a pH neutro, debido al equilibrio de fases a pH alcalino entre el CO2 producido por la DA y su disolución como bicarbonato en el líquido. Por tanto, resultaría conveniente aplicar un pretratamiento alcalino a la biomasa microalgal y posteriormente realizar la producción de metano en condiciones alcalinas, y evitar el uso de reactivos para neutralizar el pH de la biomasa pretratada. Además el acoplamiento de la digestión anaerobia con el cultivo de biomasa microalgal presenta la capacidad de secuestrar CO2 ya sea atmosférico, del propio biogás o del generado durante su combustión, así como de reciclar nutrientes (N y P). El presente trabajo tuvo como objetivo determinar la factibilidad de utilizar biomasa microalgal pretratada en condiciones alcalinas como sustrato para la producción de biogás. Se evaluaron diferentes pretratamientos termoalcalinos con distintos álcalis y condiciones de temperatura (NaOH y CaO); además se usó peróxido de hidrógeno alcalino (PHA). Los pretratamientos se realizaron sobre 2 lotes diferentes de biomasa microalgal de Scenedesmus obtusiusculus. Después de aplicar los diferentes pretratamientos termoalcalinos, se observó un aumento en la solubilización de materia orgánica de 10.8 a 19.5% con los diferentes pretratamientos. La digestión anaerobia en condiciones alcalinas requirió la aclimatación gradual de un lodo a pH 9, la cual se llevó a cabo en un reactor UASB de 1.25 L con un TRH 27.2 h. Las pruebas de potencial de metano se realizaron con un pH inicial de 9 en donde el rendimiento de producción más alto se obtuvo con PHA 1.5% a 50°C por 1.5 h para el Lote 1 y con NaOH 4 M a 120°C por 20 min tanto para el Lote 2 de biomasa microalgal (320.6 mL CH4/g SV y 227.1 mL CH4/g SV respectivamente)."

"Microalgal biomass is an ideal substrate for the production of neutral carbon biofuels, such as biogas, which represents an alternative to the use of fossil fuels. Biogas is a mixture of 55-75% (CH4) and 45-25% (CO2) and is obtained by anaerobic digestion. In order to digest the microalgal biomass it is necessary to apply a pretreatment to release the organic compounds susceptible to be transformed into biofuel, and thus favor the anaerobic digestion process. If the anaerobic digestion is carried out under alkaline conditions, the CH4 content in the biogas will be higher than that obtained at neutral pH, due to the phase equilibrium reached between the CO2 produce by the anaerobic digestion and its dissolution as bicarbonate in the liquid phase. Therefore, it would be convenient to apply an alkaline pretreatment to the microalgal biomass and subsequently to produce methane under alkaline conditions, and avoid the use of reagents to neutralize the pH of the pre-treated biomass. Besides the coupling of anaerobic digestion with microalgal biomass culture has the ability to sequester atmospheric CO2 and CO2 from the combustion process, as well as recycling nutrients (N and P). The aim of this work was to determine the feasibility of using pre-treated microalgal biomass as a substrate for the production of biogas under alkaline conditions. Therefore, different thermoalkaline pretreatments were evaluated with different conditions of temperature and alkalis NaOH and CaO; alkaline hydrogen peroxide (PHA) was also used for alkaline pretreatment. After applying the different thermoalkaline pretreatments to two lots of the microalgae Scenedesmus obtusiusculus (1 and 2), an increase in the solubilization of organic matter was observed from 10.8 to 19.5% with the different pretreatments. Anaerobic digestion under alkaline conditions required the gradual acclimatization of the anaerobic sludge at pH 9, which was carried out in a UASB reactor of 1.25 L with a HRT of 27.2 h. The methane potential tests were performed with an initial pH of 9 where the highest production yield was obtained with PHA 1.5% at 50 °C for 1.5 h for Lot 1 and with the pretreatment 4 M NaOH at 120 ° C for 20 min for Lot 2 (320.6 mL CH4 / g SV and 227.1 mL CH4 / g SV respectively)."

Master thesis

Digestión anaerobia alcalina Scenedesmus obtusiusculus Pretratamiento alcalino Peróxido de hidrógeno alcalino Biomasa microalgal Metano CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

OSMOACONDICIONAMIENTO DE LA SEMILLA DE CHILE ANCHO Y SU EFECTO EN EL VIGOR

ELVIRA CORTEZ BAHEZA ENRIQUE ANDRIO ENRIQUEZ Ramón Gerardo Guevara González Lorenzo Guevara Olvera MARIANO MENDOZA ELOS (2011)

El efecto del osmoacondicionamiento en el vigor de la semilla de chile se evalúo a los 7 días con polietilen glicol (PEG) y AG 3 o KNO 3 tiempos de imbibición a 0, 6, 9 y 12 h. La mejor combinación fue 750 de PEG y 500 ppm de AG 3 a nueve h (90.1%) y 750 de PEG y 200 ppm de KNO 3 (88.9%) a 9 h de imbibición.

Article

CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA Vigor de semilla Capsicum annum pretratamiento

Irradiación UV- y UV-C de semillas de tomate (Solanum licopersicum. L.) y efecto sobre germinación, vigor y crecimiento

CARLOS EDUARDO DIAZ LEYVA (2016)

"La radiación UV-B y UV-C modifica el metabolismo y morfología de las plantas. Bajo la hipótesis de que la irradiación de las semillas con UV-B y UV-C cambia no solamente el comportamiento germinativo sino la morfología de las plantas se realizó este estudio con el objetivo de evaluar si la irradiación de las semillas induce cambios en la germinación, vigor y variables morfológicas de la epidermis foliar de plantas de tomate. En una primera etapa experimental las semillas fueron irradiadas y se les verificó la germinación y vigor en el laboratorio con el propósito de determinar las dosis más efectivas para inducir cambios. Para UV-B se aplicaron ocho dosis de energía desde 0 (testigo) hasta 32.4 kJ m-2. Para UV-C se aplicaron ocho dosis de energía desde 0 (testigo) hasta 16.2 kJ m-2. La irradiación con UV-B a 5.4 kJ m-2 aumentó los números de plántulas normales y semillas germinadas. La irradiación con UV-C causó efectos negativos en semillas germinadas y plántulas normales. Para la segunda etapa se utilizaron 1.8, 5.4 y 10.8 kJ m-2 para UV-B y 0.9 y 2.7 kJ m-2 de UV-C para irradiar las semillas. Estas se sembraron en macetas bajo invernadero y las plantas obtenidas se llevaron hasta floración. Todos los tratamientos incrementaron la densidad estomática en las plantas, además de que las dosis de 5.4 y 10.8 de UV-B disminuyeron las unidades SPAD. Se concluyó que la irradiación de la semilla es útil para el pretratamiento de las mismas y la modificación fenotípica de las plantas."

UV-B and UV-C radiation modify the metabolism and morphology of plants. Under the hypothesis that irradiation of seeds with UV-B and UV-C alters not only the germination performance but the plants morphology, this study was conducted to assess whether the irradiation of seeds induces changes in germination, vigor, and morphology of leaf epidermis of tomato plants. In the first experimental stage, the seeds were irradiated and afterward the germination and vigor were verified in the laboratory to determine the most efficient doses for inducing changes. For UV-B, eight doses of energy were applied from 0 (control) to 32.4 kJ m-2. For UV-C, eight doses of energy were used from 0 (control) to 16.2 kJ m-2. Irradiation with 5.4 kJ m-2 of UV-B increased the numbers of normal seedlings and germinated seeds. Irradiation with UV-C caused adverse effects on germinated seeds and normal seedlings. For the second stage, the seeds were irradiated with 1.8, 5.4 and 10.8 kJ m-2 of UV-B and 0.9 and 2.7 kJ m-2 of UV-C, and the plants were brought to flowering. All treatments increased stomatal density in plants. Also, the 5.4 and 10.8 doses of UV-B decreased SPAD units. It was concluded that irradiating the seed is useful as pretreatment and for phenotypic modification of plants.

Master thesis

Pretratamiento Semillas Tolerancia CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Biorefinería del bagazo de Agave tequilana: extracción de lignina por diferentes pretratamientos y producción de metano

LILIA CHIZELT MEZA MAYTORENA (2018)

"El bagazo de Agave tequilana es un residuo lignocelulósico generado en la producción de tequila en México. Debido a su estructura compleja, constituida por celulosa, hemicelulosa y lignina, se le considera como una materia potencial para diferentes usos industriales en un esquema de biorrefinería. Debido a que la lignina dificulta el acceso a los polisacáridos es necesario aplicar una etapa de pretratamiento con la finalidad de extraerla. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo consistió en implementar un procedimiento eficiente para la extracción de lignina y evaluar su efecto sobre la producción de metano a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de Agave tequilana deslignificado. Para ello se evaluaron cinco pretratamientos diferentes. Las ligninas y fibras obtenidas fueron caracterizadas químicamente (análisis de fibras, ATR-FTIR, TGA, DSC, ICP-OES). Las fibras también se caracterizaron morfológicamente (SEM y XRD). De acuerdo con los resultados obtenidos, la mayor deslignificación (81.46%) se obtuvo cuando se utilizó peróxido de hidrógeno alcalino (PHA) al 15%, pero debido a problemas experimentales el mejor procedimiento fue empleando PHA al 7.36%. El procedimiento de precipitación utilizado para la recuperación de la lignina no fue adecuado, ya que solo se logró recuperar un 24.76% del total de lignina removida. Los análisis químicos realizados a las ligninas extraídas por los cinco pretratamientos mostraron que la lignina extraída con el pretratamiento de organosolv podría utilizarse como antioxidante y adsorbente de metales pesados, mientras que la lignina extraída con PHA resultó ser una lignina oxidada que podría emplearse como aditivo del concreto, dispersante aniónico en suspensiones de caolín y adsorbente de metales pesados. Se encontró que el hidrolizado enzimático del bagazo de agave sin pretratamiento (BSP), alcanzó una concentración de 27.35 g AT/L y una concentración de 63.70 g DQO/L. En comparación, el hidrolizado enzimático de la fibra de bagazo pretratada con PHA al 7.36% (BagPHA7.36%) alcanzó concentraciones de AT 1.5 veces más altas y concentraciones de DQO1.26 veces más altas. En cuanto a la producción de metano, los potenciales bioquímicos de metano (BMP, por sus siglas en inglés) del BSP y BagPHA7.36% fueron semejantes. Sin embargo, se observó que la contribución al BMP proveniente de los componentes liberados durante la hidrólisis enzimática fue mayor en los bagazos pretratados que en el BSP."

"Agave tequilana bagasse is a lignocellulosic residue generated by the tequila industry in Mexico. Due to its complex structure constituted by cellulose, hemicellulose and lignin it is considered as a potential material for different industrial uses in a biorefinery scheme. Because lignin hinders access to polysaccharides, it is necessary to apply a pre-treatment step in order to extract it. For that reason, the objective of this study was to implement an efficient procedure for the extraction of lignin and evaluate its effect on methane production from enzymatic hydrolysates of delignified Agave tequilana bagasse. For that five different pretreatments were evaluated. The lignins and fibers obtained were chemically characterized (fiber analysis, ATR-FTIR, TGA, DSC, ICP-OES). Also, fibers were characterized morphologically (SEM and XRD). According to the results obtained, the highest delignification (81.46%) was obtained when alkaline hydrogen peroxide (AHP) was used at 15%, but due to experimental problems the best procedure was using AHP at 7.36%. The precipitation procedure used for the recovery of lignin was not adequate, since only 24.76% of the total lignin removed was recovered. The chemical analyzes carried out on the lignins extracted by the five pretreatments showed that the lignin extracted with the organosolv pretreatment may be used as an antioxidant and adsorbent of heavy metals, while the lignin extracted with AHP turned out to be an oxidized lignin that may be used as an additive in the concrete, anionic dispersant in suspensions of kaolin and adsorbent of heavy metals. It was found that the enzymatic hydrolyzate of agave bagasse without pretreatment reached a concentration of 27.35 g TS/L and a concentration of 63.70 g COD/L. In comparison, the enzymatic hydrolysate of the bagasse fiber pretreated with AHP at 7.36% (BagAHP7.36%) reached TS concentrations 1.5 times higher and 1.26 times higher COD. In terms of methane production, the BMP of the bagasse without pretreatment and BagAHP7.36% were similar. However, it was observed that the xix contribution to the BMP from the components released during the enzymatic hydrolysis was greater in the BagAHP7.36% compared to the bagasse without pretreatment. When the yields were expressed in methane produced per gram of bagasse without pretreatment or with pretreatment (AHP at 7.36%)"

Master thesis

Bagazo de Agave tequilana Lignina Organosolv Peróxido de hidrógeno alcalino Alcalino Hidrólisis enzimática Metano INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Producción de biogás a partir de bagazo y vinaza del Agave angustifolia Haw generada como residuo en la elaboración del mezcal

Agustín Vidal Gómez Guerrero (2014)

En este trabajo se presenta la evaluación del porcentaje de biogás producido a partir de los residuos de la producción del mezcal en el estado de Oaxaca, empleando el bagazo y las vinazas del Agaveangustifolia Haw, dichos elementos fueron recolectados en un palenque artesanal ubicado en San Baltazar Chichicapam localizado en la parte central del estado de Oaxaca al sureste de la capital. Se realizó un pretratamiento mecánico de reducción de tamaño al bagazo de agave, buscando así lograr una mejor accesibilidad bacteriana, eficientando el proceso. Posteriormente dichas muestras fueron sometidas a un sistema de tratamiento anaerobio a nivel laboratorio empleando excretas porcinas como inoculo, el proceso experimental consto de diferentes combinaciones de bagazo y vinaza, el proceso se llevó a cabo en un rango termofílico de 35 °C constantemente durante todo el experimento.Los resultados obtenidos de este estudio muestran un aumento en el porcentaje de metano cuando la relación de excreta es mayor a la vinaza y con un tamaño de fibra de 1 mm, se determinó un punto máximo de producción de 34.7%. Por el contrario el experimento que se realizó con un fibra sin pretratamiento mecánico obtuvo un máximo de producción del 21.7%, se pudo determinar que el incrementofue de 13% con solo modificar el tamaño de partícula del bagazo de agave angustifoliaHaw.

Master thesis

CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA Digestión anaerobia Bagazo Vinaza Agave angustifolia Haw Biogás pretratamiento mecánico

Deslignificación de la penca de Agave tequilana F.A.C. Weber empleando peróxido de hidrógeno alcalino como pretratamiento para la producción de biohidrógeno

DENDERA MUNGUÍA AGUILAR (2016)

"La penca de Agave tequilana Frédéric Albert Constantin (F.A.C.) Weber es un residuo agroindustrial que podría representar una fuente importante de biomasa para la producción de biohidrógeno por su contenido de celulosa y hemicelulosa. Sin embargo, la presencia de lignina en este material impide que exista una adecuada disponibilidad de dichos polisacáridos, por lo que es necesario aplicar un pretratamiento que nos ayude a deslignificar. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la deslignificación de la penca de Agave tequilana F.A.C. Weber empleando un pretratamiento con peróxido de hidrógeno alcalino (PHA) seguido de una hidrólisis enzimática para la sacarificación de la celulosa y hemicelulosa. Para ello, se estudiaron los cambios morfológicos y químicos de las fibras de la penca liofilizada antes y después del pretratamiento con PHA y se caracterizaron químicamente los hidrolizados enzimáticos. Para esto se realizaron análisis químicos (análisis de fibras, TGA y ART-FTIR), morfológicos (SEM, XRD) y análisis de azúcares y DQO. De acuerdo con los resultados obtenidos, la mayor remoción de lignina y el enriquecimiento más alto de celulosa, así como la mayor sacarificación se obtuvieron cuando se utilizó peróxido de hidrógeno al 2%, con pH de 11.5 y a un tiempo de contacto de 1.5 h. Se encontró que los hidrolizados enzimáticos de la penca sin pretratamiento alcanzaron concentraciones de 6.44 g AT/L. En comparación con estas concentraciones, el hidrolizado enzimático de la primera fibra remanente después del pretratamiento con PHA (fracción 1) alcanzó concentraciones 2.5 más altas. En cuanto a la producción de biohidrógeno, la penca entera liofilizada sin ningún tratamiento tuvo un rendimiento de producción de biohidrógeno de 0.0574 mmol H2/g de penca, en tanto que la fracción 1 obtenida después del pretratamiento con PHA a 1.5 h y seguida de hidrólisis enzimática, tuvo un mayor rendimiento de producción de biohidrógeno (5.62 mmol H2/g de fibra). Esto indica que la producción de biohidrógeno incrementó casi 98 veces. Por lo tanto, la deslignificación de la penca incrementó la disponibilidad de la celulosa y hemicelulosa generando que, durante la hidrólisis enzimática, se obtuvieran mayores rendimientos de sacarificación y de esta forma se mejoraron los rendimientos de producción de biohidrógeno."

"The leaf of Agave tequilana Frédéric Albert Constantin (F.A.C.) Weber is an agroindustrial waste that could represent an important source of biomass for the production of biohydrogen by its content of cellulose and hemicellulose. However, the presence of lignin in this material generates low availability of such polysaccharides, therefore it is necessary to apply a pretreatment to help to remove lignin. For that reason, the objective of this study was to evaluate the delignification of leaf of Agave tequilana F.A.C. Weber using alkaline hydrogen peroxide (AHP) followed by an enzymatic hydrolysis for of cellulose and hemicellulose saccharification. For that, was studied chemical and morphological changes of fibers of the lyophilized whole leaf before and after of the pretreatment with AHP and chemically characterized of enzymatic hydrolysates. For this was performed chemical analysis (fiber analysis, TGA and ART-FTIR), morphological (SEM, XRD) and sugar analysis and COD. According to the results, the higher removal of lignin and cellulose enrichment, as well as major saccharification was obtained when hydrogen peroxide was used 2%, pH 11.5 and a contact time of 1.5 h. It was found that in the enzymatic hydrolysates of leaf without pretreatment reached concentration of 6.44 g TS/L. Compared to these concentrations, the enzymatic hydrolysate of the first fiber remaining after pretreatment with PHA (fraction 1) had concentrations 2.5 higher. Biohydrogen production of the lyophilized whole leaf without any treatment had a biohydrogen yield was 0.0574 mmol H2/g of leaf, whereas fraction 1 pretreated with PHA 1.5 h under an enzymatic hydrolysis, was also the highest biohydrogen yield (5.62 mmol H2/g fiber). This indicates that biohydrogen production increased almost 98 times. Therefore, the delignification in the leaf increased availability of cellulose and hemicellulose generating, during the enzymatic hydrolysis, higher yields saccharification and biohydrogen production yields were improved."

Master thesis

Biomasa lignocelulósica Peróxido de hidrógeno alcalino Biocombustibles gaseosos Fermentación oscura Biohidrógeno BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA HIDRÓGENO

Obtención de concentrados de proteína funcional de músculo de calamar gigante (Dosidicus gigas)

Hugo Palafox Carlos (2008)

El calamar gigante, Dosiducus gigas, es una especie de gran importancia para la región noroeste de México, sobre todo por su abundancia y la pesquería que sostiene. Sin embargo, a pesar de ser una pesquería rentable, existe la problemática de bajo precio en el mercado interno y exportación, siendo la causa de esto la falta de tecnologías para su adecuado procesamiento y obtención de productos de mayor aceptación o valor y el escaso consumo interno. Una manera de abordar una solución a esto seria la generación de conocimiento que fortalezca nuevas tecnologías. Varios métodos han sido implementados para aislar proteínas funcionales de músculo de especies marinas. Tales procesos están basados en la solubilización a pH ácido o alcalino (pH shift processing) de las proteínas musculares, que permite obtener concentrados de proteína (CP) con valor nutricio, funcional y por ende comercial. En este trabajo, se enfocó en evaluar la eficiencia y viabilidad de los procesos de solubilización a pH ácido y alcalino para obtener concentrados de proteína funcional a partir de músculo de calamar con diferentes tratamientos de preparación y/o condiciones de congelación, así como también la caracterización de las propiedades funcionales de los concentrados de proteína obtenidos. Se analizó la capacidad de emulsión, formación de espuma y gelificación de los concentrados de proteína de ambos procesos. Se observó que 85% del total de las proteínas de músculo se solubilizan a pH 3.0 y pH 11.0 y de estas, más del 90% precipitan a pH 5.5 como proteínas funcionales de interés. Las principales proteínas recuperadas son miosina, paramiosina y actina. Se obtuvo un rendimiento total de 77 % de recuperación de proteína en el proceso ácido y 79% en el proceso alcalino. Debido a que se observó la presencia de agregados de diferentes pesos por arriba de las 200 kDa durante el procesos de pH shift, se presume de la formación de enlaces disulfuro, lo que provocó polimerización de miosina, sobre todo en el proceso de solubilización a pH alcalino, lo cual repercutió positivamente en la capacidad de gelificación [...]

Jumbo squid (Dosidicus gigas) fishery is an abundant source in the Pacific coast of Mexico and in many regions of the world. However, the importance of the squid industry is more related on the abundant of this organism that in its economical earns. The squid muscle is a low value product in the market in part because the muscle has undesirable characteristics and there is not efficient technology to produce high value products. However, the squid muscle has attractive properties to produce high quality protein concentrates useful in food production as raw material or functional ingredient. The aim of this work is to give value to the jumbo squid (Dosidicus gigas) fishery of the Pacific coast of Mexico. One approach is to increase knowledge supporting technology for transforming muscle protein. Squid muscle has properties that may be useful for producing protein concentrates that can be used in food products as raw material or ingredient. Development of new products would increase the prosperity of the fishery and people involved. This work describes two procedures (pH shift processing) to process muscle of jumbo squid to obtain protein concentrates (PC) with functional properties for economic revenue. Squid muscle with different preparations (frozen/ground combinations) was used to evaluate its effect on PC´s functionality. Process is based on solubilization and precipitation of much of the muscle protein. Squid muscle proteins were extracted using acid and basic solutions. About 85% of initial muscle proteins were solubilized at pH values of 3.0 and 11.5 and from this portion about 90%, was recovered after precipitation at pH 5.5 regardless of the solubilization pH value. The total yield for both procedures was 75%. Functional characterization showed that the PCs from both acid and alkaline processes have excellent emulsion capacity (34-44%) with values higher than control group: albumin (32.8%) and squid muscle (28%). Foaming capacity of PCs from both acid and alkaline processes was lower (160.2%) than compare with control group (432% and 187%, respectively). PC from alkaline process showed the best gel strength (503 N.mm/g) respect to PC from acid process (358 N.mm/g) and even squid muscle (59.6 N.mm/g) [...]

Master thesis

Músculo de calamar; concentrado de proteína; proceso ácido y alcalino BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOLOGÍA ANIMAL (ZOOLOGÍA) ZOOLOGÍA MARINA ZOOLOGÍA MARINA